Bei der Reduktion von Eisenerzen mit Gasen zur Gewinnung von Eisenschwamm ist es wichtig, ein Reduktionsgas zu erzeugen, welches reich ist an reduzierenden Komponenten, d.h. H und CO 2 und arm an co und Ho. Auch der Abbau des Erzsauerstoffes 2 2 durch Anwendung von festen Reduktionsmitteln geschieht über 1 die Gasphase. ) Die Umsatzgeschwindigkeit in einem mit festen Brennstoffen arbeitenden Reduktionsdrehrohrofen wird durch die 2 Vergasungsgeschwindigkeit der zugegebenen Kohle bestimmt. ) Daher wird man stets bemüht sein, eine reaktionsfreudige Kohle, wie z.B. Braunkohle zu verwenden. Wird zur Reduktionsgasherstellung ein reaktionsträger fester 1 fossiler Brennstoff verwendet und die Vergasung z.B. mit Hilfe von kostengünstiger Prozeßwärme aus Kernreaktoren bei Tempera turen um 1000 °C durchgeführt, ist es vorteilhaft, Katalysatoren zu benutzen, damit die Vergasungsreaktionen optimal ablaufen kBnnen. Ein wirtschaftlicher Katalysator ist Soda. In den Reaktor als Katalysator eingesetzte Soda soll durch einen möglichst einfachen Vorgang zurückgewonnen werden. Der Hochofenprozeß bildet ein gutes Beispiel hierfür. Die in den unteren Zonen des Hochofens, wie z.B. in der Rast und im Gestell verdampfenden Alkalien schlagen sich auf dem kälteren Möller im oberen Teil des Schachtes nieder und bilden einen Kreislauf im Hochofen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Arbeit festzustellen, ob dieser Sodakreislauf auch im Reduktionsgaserzeuger, ähnlich wie im Hochofen, stattfindet.
Aktualisiert: 2023-05-26
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Der Übergang zu einem nachhaltigen Energiesystem und die damit einhergehende Reduktion der anthropogenen Treibhausgasemissionen ist eine der zentralen Aufgaben der Weltgemeinschaft im 21. Jahrhundert. Eine aussichtsreiche Möglichkeit, die CO2-Emissionen in der Stahlindustrie zu senken, ist die Nutzung von Wasserstoff als Reduktionsmittel. In der vorliegenden Arbeit werden diesbezüglich zwei Konzepte zum Einsatz von Wasserstoff bei der Roheisenerzeugung im Hochofen untersucht. Zum einen wird das Einblasen von Wasserstoff als Ersatzreduktionsmittel in die Formenebene oder den Schacht des Hochofens betrachtet. Zum anderen wird die Nutzung von direkt reduziertem Eisen als Möllerbestandteil im Hochofen untersucht, welches zum Großteil mit Wasserstoff hergestellt wird. Den Kern der Arbeit stellt dabei die Ermittlung hinsichtlich des Wasserstoffbedarfs effizienter Betriebsfälle zur Minderung der CO2-Emissionen des Hochofenprozesses dar. Für diesen Zweck wird ein geeignetes Prozessmodell des Hochofens erstellt und anhand von Betriebsdaten validiert.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Die in mehrphasigen Systemen auftretenden Wechselwirkungen zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Phasen sind oftmals sehr komplex und messtechnisch nur schwer zu erfassen. Gerade bei Hochtemperaturanwendungen, wie bei der Reduktion und dem Schmelzen von Eisenerzen im Hochofen, ist aufgrund der extremen Bedingungen und der Größe des Systems die Verfügbarkeit von Messdaten in der Praxis sehr limitiert. Aus diesem Grund stellen numerische Modelle eine zentrale Technologie zum tieferen Verständnis der ablaufenden Prozesse und zur Entwicklung von Betriebsstrategien bereit.
In der vorliegenden Arbeit wird eine Simulationsmethodik vorgestellt, mit der die physikalischen Wechselwirkungen in Mehrphasensystemen industrieller Größenordnung abgebildet werden können. Ausgangspunkt ist die Diskrete Elemente Methode (DEM) mit der eine zeitaufgelöste, dreidimensionale Beschreibung diskreter Einzelobjekte und deren Umgebung realisiert werden kann. Das strömungsmechanische Verhalten von flüssigen und gasförmigen Phasen wird durch den CFD-Code ANSYS Fluent beschrieben. Eine bidirektionale Kopplung der Programme gestattet die Berechnung der Wechselwirkung zwischen den betrachteten Phasen.
Basierend auf dieser Simulationsmethodik wird ein numerisches Modell des industriellen Hochofens 4 der Roheisengesellschaft Saar mbH erstellt. In dem entwickelten Hochofenmodell wird ein vierphasiges System aus den festen Beschickungsstoffen, dem aufsteigenden Reduktionsgas und den flüssigen Eisen- und Schlackephasen berücksichtigt. Innerhalb der Arbeit werden anhand von zwei Studien die grundsätzliche Funktionalität des Modells aufgezeigt und zwei definierte Betriebsszenarien aus dem Jahr 2017 mit dem Fokus auf den physikalischen Wechselwirkungen im Gestell des Hochofens gegenübergestellt.
Aktualisiert: 2020-06-30
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Bei der Reduktion von Eisenerzen mit Gasen zur Gewinnung von Eisenschwamm ist es wichtig, ein Reduktionsgas zu erzeugen, welches reich ist an reduzierenden Komponenten, d.h. H und CO 2 und arm an co und Ho. Auch der Abbau des Erzsauerstoffes 2 2 durch Anwendung von festen Reduktionsmitteln geschieht über 1 die Gasphase. ) Die Umsatzgeschwindigkeit in einem mit festen Brennstoffen arbeitenden Reduktionsdrehrohrofen wird durch die 2 Vergasungsgeschwindigkeit der zugegebenen Kohle bestimmt. ) Daher wird man stets bemüht sein, eine reaktionsfreudige Kohle, wie z.B. Braunkohle zu verwenden. Wird zur Reduktionsgasherstellung ein reaktionsträger fester 1 fossiler Brennstoff verwendet und die Vergasung z.B. mit Hilfe von kostengünstiger Prozeßwärme aus Kernreaktoren bei Tempera turen um 1000 °C durchgeführt, ist es vorteilhaft, Katalysatoren zu benutzen, damit die Vergasungsreaktionen optimal ablaufen kBnnen. Ein wirtschaftlicher Katalysator ist Soda. In den Reaktor als Katalysator eingesetzte Soda soll durch einen möglichst einfachen Vorgang zurückgewonnen werden. Der Hochofenprozeß bildet ein gutes Beispiel hierfür. Die in den unteren Zonen des Hochofens, wie z.B. in der Rast und im Gestell verdampfenden Alkalien schlagen sich auf dem kälteren Möller im oberen Teil des Schachtes nieder und bilden einen Kreislauf im Hochofen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Arbeit festzustellen, ob dieser Sodakreislauf auch im Reduktionsgaserzeuger, ähnlich wie im Hochofen, stattfindet.
Aktualisiert: 2022-02-23
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Der Übergang zu einem nachhaltigen Energiesystem und die damit einhergehende Reduktion der anthropogenen Treibhausgasemissionen ist eine der zentralen Aufgaben der Weltgemeinschaft im 21. Jahrhundert. Eine aussichtsreiche Möglichkeit, die CO2-Emissionen in der Stahlindustrie zu senken, ist die Nutzung von Wasserstoff als Reduktionsmittel. In der vorliegenden Arbeit werden diesbezüglich zwei Konzepte zum Einsatz von Wasserstoff bei der Roheisenerzeugung im Hochofen untersucht. Zum einen wird das Einblasen von Wasserstoff als Ersatzreduktionsmittel in die Formenebene oder den Schacht des Hochofens betrachtet. Zum anderen wird die Nutzung von direkt reduziertem Eisen als Möllerbestandteil im Hochofen untersucht, welches zum Großteil mit Wasserstoff hergestellt wird. Den Kern der Arbeit stellt dabei die Ermittlung hinsichtlich des Wasserstoffbedarfs effizienter Betriebsfälle zur Minderung der CO2-Emissionen des Hochofenprozesses dar. Für diesen Zweck wird ein geeignetes Prozessmodell des Hochofens erstellt und anhand von Betriebsdaten validiert.
Aktualisiert: 2019-11-13
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Aktualisiert: 2023-04-04
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